كيمياء عامة 2 نهائي PDF

‫كيمياء عامة (‪)2‬‬ ‫طالب كلية التربية‬ ‫المستوي األول‬ ‫شعبة أساسي علوم‬ ‫‪1‬‬ ‫الفصل األول‪ /‬الغازات‬ ‫الخواص العامة للغازات‪:‬‬ ‫‪2‬‬ 3 4 5 6  ‫الضغط الجوي‪:‬‬ ‫‪7‬‬ 8 ‫سلوكيات الغاز في الظروف الطبيعية‬ ‫‪9‬‬ 10 ...

‫كيمياء عامة (‪)2‬‬ ‫طالب كلية التربية‬ ‫المستوي األول‬ ‫شعبة أساسي علوم‬ ‫‪1‬‬ ‫الفصل األول‪ /‬الغازات‬ ‫الخواص العامة للغازات‪:‬‬ ‫‪2‬‬ 3 4 5 6  ‫الضغط الجوي‪:‬‬ ‫‪7‬‬ 8 ‫سلوكيات الغاز في الظروف الطبيعية‬ ‫‪9‬‬ 10  ‫أمثلة علي قانون بويل‪:‬‬ ‫ يُو َجد غاز حجمه ‪ ،3.5 mL‬عند ضغط مقداره ‪ 600 Pa.‬انضغط الغاز عند درجة‬ ‫حرارة ثابتة إلى حجم ‪ 1.5 mL‬ما ضغط الغاز بعد انضغاطه؟‬ ‫ غاز حجمه ‪ ،22 m3‬عند ضغط ‪ 450 Pa.‬انضغط الغاز مع ثبات درجة الحرارة حتى‬ ‫أصبح ضغطه ‪ 700 Pa.‬ما حجم الغاز بعد انضغاطه؟‬ ‫ غاز كان في البداية عند ضغط ‪ 400 Pa‬وحجم ‪ 2 m3.‬انضغط الغاز عند درجة حرارة‬ ‫ثابتة حتى أصبح حجمه نصْف قيمته االبتدائية‪.‬عند هذه النقطة‪ ،‬كان ضغط الغاز ‪𝑃1.‬‬ ‫س ِمح له بالتمدُّد مرة أخرى حتى أصبح الضغط ‪ 0.25×𝑃1.‬ما الحجم النهائي‬ ‫بعد ذلك‪ُ ،‬‬ ‫للغاز؟‬ ‫‪11‬‬ 12  ‫أمثلة علي قانون شارلز‪:‬‬ ‫ ُملئ بالون حفالت بالهليوم في يوم حار‪.‬كان اليوم التالي أكثر برودة‪ ،‬لكن ظ َّل ضغط‬ ‫الهواء ثابتًا‪.‬بافتراض عدم حدوث ُّ‬ ‫تسرب للهليوم من البالون في ذلك الوقت‪ ،‬هل‬ ‫سيكون حجم البالون أكبر من الحجم الذي كان عليه في اليوم السابق‪ ،‬أو أصغر منه‪،‬‬ ‫أو يساويه؟‬ ‫‪.3‬نفس الحجم‬ ‫‪.2‬أكبر حج ًما‪.‬‬ ‫‪.1‬أصغر حج ًما‪.‬‬ ‫ تبلغ درجة حرارة ‪ 14 mL‬من الغاز في الحالة االبتدائية ‪ُ 450 K.‬‬ ‫سخن الغاز إلى‬ ‫درجة حرارة ‪ 600 K‬مع الحفاظ على ضغطه ثابتًا‪.‬ما حجم الغاز بعد تسخينه؟‬ ‫ غاز ساخن حجمه االبتدائي ‪ 25 m3‬يُ َّ‬ ‫برد تحت ضغط ثابت‪.‬عندما يصل الغاز إلى‬ ‫درجة الحرارة ‪ ،320 K‬يكون حجمه ‪ 14 m3.‬ما درجة الحرارة االبتدائية للغاز؟‬ ‫ يجري تبريد غاز تحت ضغط ثابت‪.‬إذا كانت نسبة درجة حرارته النهائية بالكلفن إلى‬ ‫درجة حرارته االبتدائية بالكلفن تساوي كلفن ‪ ،0.25‬فما نسبة حجمه النهائي إلى حجمه‬ ‫االبتدائي؟‬ ‫‪13‬‬ ‫‪Amonton’s law‬‬ ‫‪ -3‬قانون أمونطونس‬ ‫‪14‬‬ 15  ‫أمثلة علي قانون أمونطونس‪:‬‬ ‫ إناء سعته ‪ ، 12 L‬مليء بغاز ما حتى وصل ضغط الغاز )‪ (1.35 atm‬عند‬ ‫درجة حرارة ‪ 28 Co‬ما هو ضغط الغاز في اإلناء لو تم التسخين حتى درجة‬ ‫حرارة ‪ 85 Co‬؟‬ ‫ ما ضغط الغاز الذي كان أصالً عند ‪ ، 115KPa‬إذا ما خفضت درجة‬ ‫الحرارة من ‪ 25Co‬إلى ‪ 45Co‬مع بقاء الحجم ثابتاً؟‬ ‫ وضعت عينة من غاز الكلور في إناء عند ‪ 40 Co‬وكان الضغط ‪5‬‬ ‫‪ ،atm‬فاحسب كم سيكون الضغط لهذه الكمية عند ‪0 Co‬؟‬ ‫ سيارة يحتوي على هواء ضغطه ‪ 5 atm‬عند ‪ 33 Co‬وبعد سير‬ ‫السيارة ارتفعت درجة حرارة اإلطار إلى‪ ، 55 Co‬فكم سيكون ضغط‬ ‫الهواء داخل اإلطار ( بإفتراض ثبات الحجم)؟‬ ‫‪16‬‬ ‫‪Avogadro’s law‬‬ ‫قانون أفوجادرو‬ ‫‪17‬‬ 18 ‫ويمكن كتابة قانون أفوجادرو كالتالي‪:‬‬ ‫‪19‬‬ ‫ احسب الحجم باللتر الذي يشغله ‪ 1.6‬مول من غاز ما عند الظروف القياسية؟‬ ‫ ما عدد جزئيات غاز الكلور الموجودة في ‪ 5.66‬لترات منه عند الظروف‬ ‫القياسية من الضغط والحرارة؟‬ ‫ ‪ 10‬لترات من غاز تحتوي على ‪ً 0.626‬‬ ‫موال‪ ،‬فإذا زادت كمية الغاز إلى ‪1.8‬‬ ‫ً‬ ‫موال‪ ،‬فما الحجم الجديد الناتج عن الغاز عند ثبوت الضغط ودرجة الحرارة؟‬ ‫لترا‪ ،‬فما هو‬ ‫موال واحدًا من غاز الهيليوم يمأل بالونًا فار ً‬ ‫غا حجمه ‪ً 3.2‬‬ ‫ إذا كان ً‬ ‫حجم البالون إذا تمت إضافة ‪ً 3.5‬‬ ‫موال من غاز الهيليوم‪ ،‬بفرض ثبوت درجة‬ ‫الحرارة والضغط؟‬ ‫ عينة من الغاز مقدارها ‪ 0.5‬مول عند درجة حرارة ‪ 25‬درجة مئوية و‪ 2‬ضغط‬ ‫جوي‪ ،‬وتشغل حج ًما مقداره ‪ 6‬لترات‪ ،‬فإذا أضيف إليها مقدار ‪ 0.25‬مول من‬ ‫الغاز عند نفس الضغط ودرجة الحرارة‪ ،‬فما هو حجم الغاز حينئذ؟‬ ‫ يحتوي بالون حجمه ‪ L 12‬على ‪ 0.52‬مول من غاز الهليوم‪.‬بالون آ َخر عند‬ ‫نفس درجة الحرارة والضغط‪ ،‬حجمه ‪.L 18‬ما عدد موالت غاز الهليوم التي‬ ‫يحتوي عليها البالون الثاني؟‬ ‫شغَل حج ًما‬ ‫ عند درجة الحرارة والضغط القياسيين‪ُّ ،‬‬ ‫أي كميات الغاز اآلتية ت َ ْ‬ ‫أكبر؟‬ ‫‪1‬مول واحد من ‪C2H4‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪ 5‬موالت من ‪H2‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪ 0.5‬مول من ‪N2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬موالن من ‪Cl2‬‬ ‫‪20‬‬ ‫القانون العام للغازات‬ ‫‪Ideal gas law‬‬ ‫‪21‬‬ 22  ‫أمثلة علي القانون العام للغازات‬ ‫‪ 0.225 L‬تحتوي على ‪ 2.24‬مول من غاز األكسجين عند درجة‬ ‫حاوية حجمها‬ ‫ ‬ ‫حرارة ‪ 320 K‬أوجد الضغط على األسطح الداخلية للحاوية بوحدة الباسكال‪.‬‬ ‫سحابة غاز ضغطها ‪ ،220 atm‬ودرجة حرارتها ‪ 440 K.‬يحتوي الغاز على ‪8.2‬‬ ‫ ‬ ‫موالت من جزيء كتلته المولية ‪ 10.5 g/mol.‬أوجد حجم السحابة‪.‬استخدم القيمة ‪8.31‬‬ ‫يتكون من ‪ً 25.6‬‬ ‫موال من الكربون يشغل حج ًما مقداره ‪ ،L 0.128‬ويبلغ ضغطه‬ ‫َّ‬ ‫غاز‬ ‫ ‬ ‫‪.atm 135‬أوجد درجة حرارة الغاز‪.‬استخدم القيمة ‪ g/mol 12.0107‬للكتلة المولية‬ ‫للكربون‪.‬‬ ‫تحتوي أسطوانة غاز حجمها ‪0.245 L‬على غاز درجة حرارته ‪350 K‬وضغطه ‪120‬‬ ‫ ‬ ‫‪atm.‬أوجد عدد موالت جزيئات الغاز في األسطوانة‪.‬‬ ‫متحرك حجمها االبتدائي ‪0.125 L‬تحتوي على غاز عند درجة‬ ‫ِ‬ ‫غاز غطاؤها‬ ‫أسطوانة ٍ‬ ‫ ‬ ‫يتسرب‬ ‫َّ‬ ‫حرارة ‪360 K‬وضغط ‪1.5 Pa.‬غطاء األسطوانة ليس محكم الغلق؛ ومن ث َ َّم‪ ،‬يُمكن أن‬ ‫يتحرك الغطاء‪ُ.‬دفِع غطاء الوعاء ألسفل‪ ،‬وهو ما أدَّى إلى تقلُّص حجم‬ ‫َّ‬ ‫الغاز من الوعاء عندما‬ ‫الغاز إلى ‪ 0.105 L.‬ضغط الغاز بعد دفع الغطاء ألسفل يساوي ‪ ،1.8 Pa‬ودرجة حرارة الغاز‬ ‫تحرك‬ ‫تسربت من األسطوانة نتيجة ُّ‬ ‫تساوي ‪355 K.‬أوجد النسبة المئوية لموالت الغاز التي َّ‬ ‫الغطاء‪.‬‬ ‫ احسب الوزن الجزيئي لغاز إذا كان ‪ g 5‬منه تشغل حيزا ً مقداره ‪ L 0.75‬عند درجة‬ ‫قدرها ‪ 40‬سلزيوس وضغط قدره ‪ 35‬ضغط جوي‬ ‫‪23‬‬ 24  ‫مسائل علي قانون دالتون‪:‬‬ ‫ خلي ً‬ ‫طا من الغازات يتكون من غاز الهيدروجين )‪ (H2‬بقيمة ‪ 8‬مول‪ ،‬ومن ‪ 4‬مول من‬ ‫غاز األكسجين)‪ ، (O2‬وهو موضوع في وعاء ذو حجم مقداره ‪300‬لتر‪ ،‬وعند درجة‬ ‫حرارة مقدارها ‪ 273‬كلفن‪ ،‬ومقدار الضغط الكلي للغاز هو ‪ 0.75‬ضغط جوي‪ ،‬فكم‬ ‫يساوي ضغط غاز الهيدروجين لوحده عل ًما بأن قيمة الثابت العام للغازات هي =‪R‬‬ ‫‪0.08206‬بوحدة ((ضغط جوي×لتر)‪(/‬مول×كلفن))‬ ‫ وعا ًء بحجم ‪ 24‬لتر ويحتوي على غاز النيتروجين )‪ (N2‬عند ضغط مقداره ‪ 4‬ضغط‬ ‫جوي‪ ،‬وأن هنالك وعا ًء آخر بحجم ‪ 12‬لتر يحتوي على غاز األكسجين )‪(O2‬عند ضغط‬ ‫مقداره ‪ 6‬ضغط جوي‪ ،‬مع العلم أن درجة الحرارة عند كال الغازين تساوي ‪ 273‬كلفن‪،‬‬ ‫فما هو مقدار الضغط الكلي للغازين في وعاء بحجم ‪ 10‬لتر‪ ،‬عل ًما بأن قيمة الثابت العام‬ ‫للغازات هي ‪ R= 0.08206‬بوحدة ((ضغط جوي×لتر)‪(/‬مول×كلفن(‬ ‫ ‪ 28‬جم من غاز النيتروجين تم خلطها مع ‪ 71‬جم من غاز الكلورفي وعاء حجمه ‪10‬‬ ‫لتر‪.‬إذا كان الضغط الكلي للمخلوط هو ‪ 1.6‬ضغط جوي إحسب الضغط الجزيئي لكل‬ ‫عنصر علي حدا ( العدد الكتلي للنيتروجين = ‪ & 14‬والعدد الكتلي للكلور=‪)17‬‬ ‫‪25‬‬  ‫قانون جراهام للتدفق واالنتشار‬ ‫‪Graham’s Law of Diffusion and Effusion‬‬ ‫❖ أوالً‪ /‬الفرق بين التدفق )‪ (Effusion‬واالنتشار)‪: (Diffusion‬‬ ‫– يلزم التفريق بين مصطلحين هما اإلنتشار (‪ )Diffusion‬والتدفق (اإلنبجاس) )‪.(Effusion‬‬ ‫– من النتائج لحركة الغازات الدائمة العشوائية وسرعتها العالية أن الغازات تختلط بسرعة‬ ‫عالية عندما تكون على اتصال أو خالل وعاء‪.‬‬ ‫– تختلف عملية االنتشار(‪ )Diffusion‬عن عملية التدفق (‪ )Effusion‬حيث تدل عملية‬ ‫االنتشار على انتشار غاز مع غاز آخر‪.‬أما التدفق فيدل على اندفاع الغاز من خالل فتحة ضيقة‪.‬‬ ‫❖ ثانياً‪ /‬انتشار الغازات ‪:Gas Diffusion‬‬ ‫‪26‬‬  ‫سنتناول هذه العملية في النقاط اآلتية‪:‬‬ ‫(‪ )1‬يطلق عمليات االنتشارعلى مرور الغاز مثالً من خالل مادة مسامية بحيث يكون الضغط‬ ‫واحدا ً على جانبي هذه المادة‪.‬‬ ‫(‪ ) 2‬كما تطلق عمليات اإلنتشار على تحرك جزيئات الغاز لتحتل الحيز المتاح لها (ميل المادة‬ ‫للتمدد وبانتظام وخالل الفضاء المسموح به فقط)‪.‬‬ ‫(‪ )3‬تعريف االنتشار في الغازات ‪: Diffusion‬‬ ‫هو الخلط التدريجي لجزيئات أحد الغازات مع جزيئات غاز آخر (العملية التي يختلط بها أحد‬ ‫الغازات تدريجيا ً مع غاز آخر) نتيجة لخواصها الحركية‪،‬‬ ‫(‪ )4‬مثاالً مباشرا ً لذلك هي الحركة العشوائية للغازات حيث تتحرك جزيئات أحد الغازين بحرية‬ ‫في الفراغات الموجودة بين جزيئات الغاز اآلخر‪.‬وبذلك يمكن القول بأن أي غاز يكون تام‬ ‫الذوبان في أي غاز آخر‪.‬‬ ‫‪27‬‬  ‫(‪ )5‬تعريف مصطلح االنتشار باللغة األنجليزية‪:‬‬ ‫‪Mixing of different gases by random molecular motion with‬‬ ‫‪frequent collisions is called diffusion‬‬ ‫(‪ )6‬تحدث هذة الظاهرة بسرعة كبيرة في الغازات في حين تكون بطيئة جدا ً في المواد الصلبة‪.‬‬ ‫فالغازات تنتشر لتمأل كل اإلناء الذي يشغله الغاز وفي كل اإلتجاهات وحتى ضد الجاذبية‪.‬ويمكن‬ ‫مالحظة ذلك عندما نرش كمية من العطر‪ ،‬فسرعان ما تمأل رائحتها الغرفة‪.‬وقد وجد أن الغاز‬ ‫الذي وزنه الجزيئي صغير (خفيف الوزن) هو األسرع انتشاراً‪.‬ويمكن مالحظة اإلنتشار بسهولة‬ ‫من األمثلة التالية‪:‬‬ ‫(أ) عند إطالق بعضا ً من األمونيا (النشادر) ‪ NH3‬إذ سرعان ما تمأل رائحتها الغرفة‪ ،‬مما يعني‬ ‫أن األمونيا قد أصبحت موزعة في كل مكان من الحجم الكلي للحجرة‪.‬‬ ‫(ب) عند نزع غطاء قارورة عطر فإن الرائحة ستنتشر بسرعة خالل الغرفة‪.‬كلما اختلطت‬ ‫جزيئات العطر بجزيئات الهواء‪.‬هذا الخلط لغازات مختلفة بواسطة الحركة الجزيئية العشوائية‬ ‫)‪ (Random Molecular Motion‬بتصادمات متكررة يسمى اإلنتشار(‪.)diffusion‬‬ ‫(جـ) كبريتيد الهيدروجين ‪(H2S‬رائحة البيض الفاسد) إذا حرر في غرفة كبيرة‪ ،‬فإن الرائحة‬ ‫بعد زمن يسير يمكن تمييزها خالل الغرفة‪.‬‬ ‫‪28‬‬  ‫❖ ثالثاً‪ /‬تدفق الغازات (اإلنبجاس)‪:Gas Diffusion‬‬ ‫❖ (‪ )1‬التدفق هو عملية مرور غاز (تحركه وتمدده) وتسربه تحت الضغط ‪ ،‬من فتحة‬ ‫صغيرة جدا ً (ثقب ضيق) أو خالل أنابيب ضيقة جدا ً أو مادة مسامية في جدار الوعاء‬ ‫الذي يحوي هذا الغاز‪ ،‬من منطقة ذات ضغط مرتفع الى منطقة ذات ضغط أقل على‬ ‫جانبي المادة المسامية‪.‬‬ ‫❖ (‪ )2‬تعريف التدفق (‪:)Effusion‬‬ ‫هو العملية التي تمكن أحد الغازات الذي يكون تحت ضغط ما بالهروب من إحدى حجرات‬ ‫اإلناء الى األخرى عبر ثقب صغير‪.‬كما أن التدفق يمثل العملية التي فيها جزيئات الغاز‬ ‫تهرب بدون تصادمات خالل فتحة صغيرة جدا ً الى الفراغ‪.‬‬ ‫❖ (‪ )3‬تعريف مصطلح معدل التدفق باللغة األنجليزية‪:‬‬ ‫‪The rate of effusion is the number of molecules passing through a‬‬ ‫‪porous hole in a given time‬‬ ‫❖ (‪ )4‬إذا كان ذلك الثقب في أحد جوانب الوعاء الحاوي صغيرا ً لدرجة كافية (يجب أن‬ ‫يكون قطر الثقب صغيرا ً بالمقارنة بمتوسط الممر الحر للغاز) فإن الجزيء المنطلق‬ ‫نحو اإلصطدام بجدار اإلناء الحاوي سوف يالقي فرصة الخروج عبر الثقب الى الغاز‬ ‫الموجود في الخارج‪.‬‬ ‫‪29‬‬  ‫❖ (‪ )5‬الشكل التالي توضح تدفق أحد الغازات في الفراغ‬ ‫(‪ )6‬يبين الشكل السابق اندفاق الغاز من فتحة ضيقة في جدار الوعاء الحاوي‪.‬وهو احتمال‬ ‫استنبطه جراهام بالنسبة لجزيئات تصطدم بجدران الوعاء الحاوي‪.‬وقد أعلن بأن معدل تسرب‬ ‫الغاز خالل فتحة ضيقة‪ ،‬يتناسب عكسيا ً مع الجذر التربيعي لوزنه الجزيئي‪ ،‬أو يتناسب طرديا ً‬ ‫مع سرعة جزيئاته طبقا ً للنظرية الحركية‪.‬‬ ‫(‪ )7‬ظاهرة التدفق هذه مسؤولة عن انكماش بالون األطفال المملوء بغاز الهيليوم‪.‬حيث‬ ‫صغيرة جدا ً أن يتدفق خالل المسامات الصغيرة ‪He‬يمكن للغاز وهو مكون من ذرات‬ ‫جدا ً الموجودة في مادة المطاط الرقيق المصنوع منها البالون‪.‬ولو كان مملوءا ً بالهواء‬ ‫لكان تسربه أكثر بطئا ً من غاز الهيليوم‪.‬‬ ‫(‪ )8‬يعتبر معدل تدفق غاز(انبجاسه)‪ ،‬تحت ظروف قياسية من الخواص المميزة للغاز‪.‬‬ ‫‪30‬‬ ‫(‪ )9‬نظرا ً ألنه من الصعب نظريا ً وعمليا ً أن نتعامل مع القيم المطلقة لمعدالت اإلنبجاس (التدفق)‬ ‫من خالل ثقب ذي أبعاد محددة لذلك اكتفي باستخدام المعدالت النسبية النبجاس الغازات‪.‬‬ ‫(‪ )10‬بالرغم من أن التدفق يختلف عن اإلنتشار في طبيعته إال أن معدل التدفق في الغازات‬ ‫يعطى أيضا ً بقانون جراهام لإلنتشار مثلما هو الحال بالنسبة لإلنتشار فإننا نرى عند درجة‬ ‫الحرارة المعينة‪ ،‬أن الغازات الخفيفة تتدفق أسرع من الغازات الثقيلة‪.‬‬ ‫رابعاً‪ /‬معدل التدفق ‪:rate of effusion‬‬ ‫– معدل التدفق ‪:rate of effusion‬‬ ‫عبارة عن عدد الجزيئات المارة خالل ثقب مسامي في زمن معطى‪.‬‬ ‫– تعريف مصطلح معدل التدفق باللغة األنجليزية‪:‬‬ ‫‪a The rate of effusion is the number of molecules passing through‬‬ ‫‪porous hole in a given time.‬‬ ‫– ويمكن التعبير عنه بالعالقة اآلتية‪:‬‬ ‫– وقد درس العالم الكيميائي البريطاني (توماس جراهام ‪Thomas Graham‬عام‬ ‫‪ ١٨٢٩‬م معدالت التدفق للغاز المختلفة‪.‬وأجرى قياسات على اإلنبجاس النسبي لعدد‬ ‫كبير من الغازات‪.‬ووجد أنه عندما تكون هذه الغازات تحت نفس الظروف من الضغط‬ ‫ودرجة الحرارة (ثبوت درجة الحرارة وثبوت فرق الضغط) فإن معدل تدفقها من فتحة‬ ‫صغيرة في الجدار يتناسب عكسيا ً مع الجذر التربيعي للكثافة لهذه الغازات‪:‬‬ ‫‪31‬‬  ‫أمثلة علي قانون جراهام‪:‬‬ ‫مثال (‪ :)1‬غاز تبلغ سرعة انتشاره ‪ 1.414‬مرة مقارنة بسرعة انتشار غاز ‪ SO2‬عند‬ ‫الظروف القياسية فإذا علمت أن‪( ، (R = 0.0821 atm L/mol.K) :‬الكتل الذرية‪S = :‬‬ ‫(أ) احسب الوزن الجزيئي للغاز (ب) احسب كثافة الغاز‬ ‫‪)32, O = 16‬‬ ‫مثال (‪ :)2‬تدفق غاز )‪ (A‬خالل ثقب ضيق في زمن قدرة ‪ 1.44 min‬و وتحت نفس الظروف‬ ‫تدفق حجم مماثل من غاز األكسجين في زمن قدره ‪ 1.8 min‬احسب الكثافة النسبية للغاز‬ ‫)‪(A‬ووزنه الجزيئي‪.‬‬ ‫مثال (‪ :)3‬قارن بين كل من غازي الهيدروجين و االكسجين من ناحية سرعة اإلنتشار؟ علما ً‬ ‫بأن‪(MwO2 = 32 g/mol , MwH2 = 2 g/mol) :‬‬ ‫مثال (‪ :)4‬احسب الوزن الجزيئي لغاز ينتشر (ينساب) بسرعة ‪ 1.14‬مرة أسرع من غاز‬ ‫األكسجين‪(.‬الوزن الذري لألكسجين = ‪)16‬‬ ‫مثال (‪ :)5‬احسب الوزن الجزيئي لغاز إذا كان معدل انتشاره يساوي ‪ 4.69‬مرة أسرع من‬ ‫انتشار غاز ‪ CO2‬؟ (الكتل الذرية‪)C = 12, O = 16 :‬‬ ‫مثال (‪ :)6‬الزمن الالزم النتشار حجم معين من غاز مجهول من خالل فتحة صغيرة يساوي‬ ‫‪ 122.2 S‬الزمن الالزم النتشار نفس الحجم من غاز األكسجين ‪ 84.7 S‬احسب الوزن الجزيئي‬ ‫للغاز المجهول؟‬ ‫مثال (‪ :)7‬احسب كثافة غاز عند الظروف القياسية ‪ STP‬إذا انتشر حجم معلوم منه خالل‬ ‫جهاز في ‪ ، 5 min‬وإذا انتشر نفس الحجم من غاز األكسجين عند نفس درجة الحرارة والضغط‬ ‫من خالل نفس الجهاز في زمن قدره ‪( 6.30 min‬الوزن الذري لألكسجين = ‪)16‬‬ ‫‪32‬‬ ‫الفصل الثاني ‪ /‬المحاليل وخواصها الجامعة‬ ‫‪33‬‬ 34 35  ‫أنواع التركيزات‪:‬‬ ‫‪36‬‬ 37 38 *************** 39  ‫الخواص الجامعة للمحاليل ‪Colligative properties‬‬ ‫تعرف الخواص الجامعة للمحاليل( باإلنجليزية ‪: Colligative Properties of‬‬ ‫)‪Solutions‬بأنها الخواص التي تعتمد على عدد جزيئات المذيب إلى المذاب في المحلول‪،‬‬ ‫وتؤثر في عدد جزيئات المادة‪ ،‬وليس في نوعها أو طبيعتها‪ ،‬وتختلف كل خاصية عن األخرى‪،‬‬ ‫لكنها تبقى مشتركة في اعتمادها على عدد جسيمات المادة المذابة في المحلول‪ ،‬ويعود السبب‬ ‫في وجود تلك الخواص إلى انخفاض تركيز المذيب نتيجة حله للمذاب وتقُسم الخواص التجميعية‬ ‫أو الجامعة للمحاليل إلى أربعة أقسام كما يأتي‪:‬‬ ‫‪40‬‬ ‫هي خصائص المحاليل التي تعتمد على عدد جسيمات المذاب وليس على طبيعتها‪.‬تشمل هذه‬ ‫الخصائص‪:‬‬ ‫االرتفاع في درجة الغليان ‪:‬ترتفع درجة غليان المحلول عن درجة غليان المذيب‬ ‫ ‬ ‫الخالص‪.‬‬ ‫االنخفاض في درجة التجمد ‪:‬تنخفض درجة تجمد المحلول عن درجة تجمد المذيب‬ ‫ ‬ ‫الخالص‪.‬‬ ‫الضغط البخاري ‪:‬ينخفض الضغط البخاري للمحلول عن الضغط البخاري للمذيب‬ ‫ ‬ ‫الخالص‪.‬‬ ‫الضغط االسموزي ‪:‬يزداد الضغط االسموزي للمحلول مع زيادة عدد جسيمات المذاب‪.‬‬ ‫ ‬ ‫كيف تؤثر جسيمات المذاب على الخواص الجامعة؟‬ ‫زيادة عدد جسيمات المذاب ‪:‬‬ ‫ ‬ ‫تزيد من االرتفاع في درجة الغليان‪.‬‬ ‫‪o‬‬ ‫تزيد من االنخفاض في درجة التجمد‪.‬‬ ‫‪o‬‬ ‫تزيد من الضغط االسموزي‪.‬‬ ‫‪o‬‬ ‫تزيد من انخفاض الضغط البخاري‪.‬‬ ‫‪o‬‬ ‫نقص عدد جسيمات المذاب ‪:‬‬ ‫ ‬ ‫يقلل من االرتفاع في درجة الغليان‪.‬‬ ‫‪o‬‬ ‫يقلل من االنخفاض في درجة التجمد‪.‬‬ ‫‪o‬‬ ‫يقلل من الضغط االسموزي‪.‬‬ ‫‪o‬‬ ‫يقلل من انخفاض الضغط البخاري‪.‬‬ ‫‪o‬‬ ‫أمثلة على الخواص الجامعة‪:‬‬ ‫محلول ملحي ‪ (NaCl):‬ترتفع درجة غليان الماء عند إضافة ملح إليه‪.‬‬ ‫ ‬ ‫محلول سكر ‪ (C₁₂H₂₂O₁₁):‬ينخفض الضغط البخاري للماء عند إضافة سكر إليه‪.‬‬ ‫ ‬ ‫محلول كحول ‪ (C₂H₅OH):‬ينخفض الضغط االسموزي للماء عند إضافة كحول إليه‬ ‫ ‬ ‫‪41‬‬  ‫ االنخفاض في الضغط البخاري‪:‬‬ ‫التبخر ‪-:‬هو تحول المادة من حالة السيولة الى الحالة الغازية بوجود طاقة حركية (طاقة التبخر)‬ ‫طاقة التبخر‪-:‬وهي طاقة كافية تعتمد على قوى التجاذب بين جزيئات السائل و درجة الحرارة‪.‬‬ ‫تحدث عملية التبخر على السطح وليس في الداخل حيث ان جزيئات السائل تمتلك طاقة حركية‬ ‫تصعد الى اعلى السائل ثم تعود للسائل‬ ‫الضغط البخاري ‪:-‬الضغط الذي يؤثِر به البخار على سطح السائل (أو الصلب) عندما يكونان‬ ‫في حالة اتزان ديناميكي معًا في نظام مغلق عند درجة حرارة وضغط ثابتين‬ ‫التحرر من الحالة السائلة‪ ،‬وهو ما سيقلل‬ ‫ُّ‬ ‫تُعيق جسيماتُ المذاب قدرةَ جزيئات المذيب على‬ ‫من الضغط البخاري‪.‬‬ ‫ ويعرف الضغط البخاري بأنه الضغط الناتج عن بخار السائل فوق سطح السائل‪ ،‬بينما‬ ‫يعرف ضغط البخار للمحاليل بأنه مقدار الضغط الذي تؤثر فيه األبخرة على المذيب‬ ‫السائل عند االتزان وعند درجة حرارة معينة‪ ،‬ويتأثر ضغط البخار للمحلول باختالف‬ ‫نوع المادة المذابة‪ ،‬فإذا كان المذاب من النوع الغير المتطاير (وهو مذاب يكون ضغط‬ ‫‪42‬‬ ‫بخاره منخفضًا جدًا بحيث ال يمكن قياسه بسهولة) فإن ضغط البخار سيتناسب طرديًّا مع‬ ‫األجزاء المولية للمذيب‪ ،‬كما أن إضافة مذاب غير متطاير إلى مذيب متطاير يقلل من‬ ‫ضغط بخار المذيب‪.‬‬ ‫ االرتفاع في درجة الغليان‪:‬‬ ‫تأثر ارتفاع درجة الغليان بما إذا كان المذاب إلكتروليتًا أو ال إلكتروليتًا وبعدد موالت األيونات‬ ‫الناتجة عند إذابة المذاب‪.‬يُنتج مول واحد من الالإلكتروليت‪ ،‬مثل السكروز‪ً ،‬‬ ‫موال واحدًا من‬ ‫جزيئات السكروز عندما يذوب في الماء‪.‬لكن‪ ،‬يُنتج مول واحد من إلكتروليت مثل ‪ NaCl‬مولين‬ ‫من األيونات عندما يذوب في الماء‪.‬ونتيجة لذلك‪ ،‬من المتوقع أن يكون ارتفاع درجة الغليان‬ ‫لمحلول يحتوي على مول واحد من ‪ NaCl‬ضعف مقدار االرتفاع لمحلول يحتوي على مول‬ ‫واحد من السكروز‪.‬وبالمثل‪ ،‬من المتوقع أن يؤدي احتواء المحلول على مول واحد من ‪CaCl2‬‬ ‫إلى ارتفاع درجة الغليان بمقدار ثالثة أمثال مقارنةً بمول واحد من السكروز‪.‬يتأثر أيضًا عدد‬ ‫الجسيمات الموجودة في محلول ما بتركيز المذاب‪ ،‬ومن ثم نتوقع أن ارتفاع درجة الغليان‬ ‫يوضح الجدول التالي درجات الغليان‬ ‫ِ‬ ‫يتناسب طرديًّا مع عدد جسيمات المذاب في المحلول‪.‬‬ ‫المتوقعة للماء النقي ومحاليل مائية تحتوي على إلكتروليتات مختلفة‪.‬‬ ‫و تعرف درجة الغليان للمحلول بأنها الحرارة التي يتساوى عندها ضغط البخار للمحلول مع‬ ‫الضغط الجوي‪ ،‬فعند إضافة المذاب إلى المذيب‪ ،‬فإن ضغط بخار المذيب الموجود فوق المحلول‬ ‫الناتج يكون أقل من ضغط البخار المتواجد فوق المذيب النقي‪ ،‬لذا فإن نقطة غليان المحلول‬ ‫‪43‬‬ ‫ستكون أكبر من نقطة غليان المذيب النقي؛ ألن المحلول (الذي يحتوي على ضغط بخار أقل)‬ ‫سيحتاج إلى التسخين إلى درجة حرارة أعلى‪ ،‬حتى يصبح ضغط البخار مساويا ً للضغط الخارجي‬ ‫أي نقطة الغليان‪ ،‬ويمكن تمثيل االرتفاع في نقطة الغليان للمحلول بيانيًّا وفقًا للعالقة الالتيه‪:‬‬ ‫‪ΔTb = iKbm‬‬ ‫حيث إن‪:‬‬ ‫‪ΔTb‬الفرق بين درجتي الغليان للمحلول والمذيب‪ ،‬وتقاس بوحدة الكلفن‪.‬‬ ‫‪ Kb:‬ثابت ارتفاع درجة الغليان المواللية‪.‬‬ ‫‪ m:‬المواللية‪ ،‬أو التركيز المولي للمحلول‬ ‫‪ :I‬معامل فان هوف‬ ‫ االنخفاض في درجة التجمد‪:‬‬ ‫يعود السبب في حدوث هذه الخاصية إلى التحول من حالة عدم الترتيب للذرات أو الجزيئات إلى‬ ‫حالة الترتيب أي تنظيم الذرات أو الجزيئات‪ ،‬وذلك عند التحول من الحالة السائلة إلى الحالة‬ ‫الصلبة‪ ،‬وحدوث هذا االنتقال يتطلب طردًا للطاقة من المحلول التصافه بالعشوائية أكثر من‬ ‫المذيب النقي الذي يمتلك نوعًا واحدًا فقط من الذرات؛ على عكس المحلول الذي يمتلك أنواعًا‬ ‫متعددة من الذرات‪،‬‬ ‫يتأثر أيضًا انخفاض درجة التج ُّمد بما إذا كان المذاب إلكتروليتًا أو ال إلكتروليتًا‪ ،‬وعدد موالت‬ ‫األيونات الناتجة عند إذابة المذاب‪.‬‬ ‫‪44‬‬ ‫ومن ثم‪ ،‬من المتوقع أن تكون قيمة انخفاض درجة التج ُّمد لمحلول يحتوي على مول واحد من‬ ‫‪ NaCl‬ضعف قيمة االنخفاض لمحلول يحتوي على مول واحد من السكروز‪.‬وبالمثل‪ ،‬من‬ ‫المتوقع أن يؤدي احتواء المحلول على مول واحد من ‪CaCl2‬إلى انخفاض درجة التج ُّمد‬ ‫بمقدار ثالثة أمثا ٍل مقارنةً بالمحلول الذي يحتوي على مول واحد من السكروز‪.‬‬ ‫ويتأثر أيضًا عدد الجسيمات الموجودة في محلو ٍل ما بتركيز المذاب‪ ،‬ومن ثم نتوقع أن االنخفاض‬ ‫يوضح الجدول‬ ‫ِ‬ ‫في درجة التج ُّمد يتناسب طرديًّا مع عدد جسيمات المادة المذابة في المحلول‪.‬‬ ‫التالي درجات التج ُّمد المتوقعة للماء النقي ومحاليل مائية تحتوي على إلكتروليتات مختلفة‪.‬‬ ‫وعليه فإن درجة تجمد المحلول ستكون أقل من درجة تجمد المذيب النقي‪ ،‬ويمكن تمثيل هذه‬ ‫العالقة من خالل المعادلة اآلتية‪:‬‬ ‫‪ΔTf =i Kf×m‬‬ ‫حيث إن‪:‬‬ ‫‪ΔTf:‬الفرق بين درجتي التجمد للمذيب والمحلول‪.‬‬ ‫‪Kf:‬ثابت انخفاض درجة التجمد المواللية‪.‬‬ ‫‪m:‬المواللية‪ ،‬أو التركيز المولي للمحلول‪.‬‬ ‫‪ :I‬معامل فان هوف‬ ‫‪45‬‬  ‫ الضغط اإلسموزي‬ ‫قسم العلماء االغشية من حيث قدرتها على تمرير دقائق المذاب والمذيب الى ثالثة اقسام‪:-‬‬ ‫اغشية غير منفذة‪ -:‬وهي االغشية التي ال تسمح بمرور دقائق المذيب او المذاب من خاللها‬ ‫مثل الزجاج‬ ‫االغشية المنفذة‪ -:‬وهي االغشية التي تسمح بمرور دقائق المذيب و المذاب من خالل‬ ‫مساماتها مثل ورق الترشيح‬ ‫االغشية شبه المنفذة‪-:‬وهي التي تحتوي على مسامات صغيرة تسمح فقط لدقائق المذيب‬ ‫بالمرور من خاللها مثل ورق السيلوفان‬ ‫الظاهرة االسموزية ‪ -:‬وهي الظاهرة التي تسمح لجزيئات المذيب فقط بالمرور من المحلول‬ ‫المخفف الى المحلول المركز عير غشاء شبه منفذ بحيث يتساوى التركيز على جانبي الغشاء‬ ‫عند درجة حرارة معينة‪.‬‬ ‫الضغط اإلسموزي هو انتقال جزيئات المذيب النقي عبر غشاء شبه نافذ إلى المحلول‪ ،‬وذلك ألن‬ ‫تركيزالمذيب في المحلول أقل من تركيزه في المحلول النقي‪ ،‬ولذلك فإن الجزيئات تنتقل من‬ ‫الوسط األعلى تركيزا ً إلى الوسط األقل تركيز وفق العالقة اآلتية‪:‬‬ ‫‪π=iMRT‬‬ ‫حيث إن‪:‬‬ ‫‪π:‬الضغط اإلسموزي ويقاس بوحدة الضغط الجوي‪.‬‬ ‫‪M:‬الموالرية‪ ،‬وهي قياس تركيز المادة المذابة في المحلول‪ ،‬وتقاس بالمول لكل لتر‪.‬‬ ‫‪R:‬ثابت الغازات ومقداره‪ 0.0821 :‬لتر‪.‬ضغط جوي ‪( /‬كلفن‪.‬مول)‪.‬‬ ‫‪T:‬درجة الحرارة وتقاس بوحدة الكلفن‪.‬‬ ‫‪ :I‬معامل فان هوف‬ ‫‪46‬‬ 47  ‫مسائل محلولة علي الخواص التجميعية‪:‬‬ ‫ ٌّ‬ ‫أي من العوامل اآلتية ال يؤثِر على الضغط البخاري لسائل؟‬ ‫‪.1‬تركيز المحاليل‬ ‫‪.2‬حجم السائل‬ ‫‪.3‬درجة الحرارة‬ ‫‪.4‬القوى بين الجزيئية‬ ‫يوضح التمثيل البياني اآلتي الضغط البخاري مقابل درجة الحرارة للماء النقي وثالثة محاليل‬ ‫ِ‬ ‫ ‬ ‫من ‪.NaCl‬ما المحلول الذي له أعلى تركيز؟‬ ‫‪ A‬المحلول‬ ‫‪ B‬المحلول‬ ‫‪ C‬المحلول‬ ‫ ُّ‬ ‫أي المحاليل اآلتية تتوقع أن يكون له أقل ضغط بخاري؟ افترض أن جميع‬ ‫المحاليل في نفس درجة الحرارة ‪.‬‬ ‫أ‪.‬محلول بتركيز ‪ M 0.2‬من اليوريا‬ ‫ب‪.‬محلول بتركيز ‪ M 0.2‬من‪MgSO4‬‬ ‫محلول بتركيز ‪ M 0.2‬من‪KCl‬‬ ‫ج‪.‬‬ ‫د‪.‬محلول بتركيز ‪ M 0.2‬من‪AlCl3‬‬ ‫ه‪.‬محلول بتركيز ‪ M 0.2‬من‪LiBr‬‬ ‫‪48‬‬ ‫ ما هي نقطة التجمد لمحلول يحتوي على ‪ 478‬جم من إيثيلين جاليكول‬ ‫(مضاد التجمد) في ‪ 3202‬جم من الماء؟ الكتلة المولية لإليثيلين‬ ‫جاليكول هي ‪ 62.01‬جم‪.‬؟ ‪Kf of water = 1.86‬‬ ‫‪answer‬‬ ‫‪ΔTf = Tf of Solvent – Tf of solution =i Kf m‬‬ ‫إيثيلين جاليكول مادة غير الكتروليتية وبالتالي ‪i=1‬‬ ‫‪ΔTf =Kf m‬‬ ‫‪49‬‬